光学式非接触厚度一微位移测量仪的研制

　　1引言

　　在现代化的机械制造企业中，各种零件的几何尺寸测量是非常重要的，它直接影响到产品的质量，只有通过精确的测量、制造才能保证零部件的互换性和装配的可靠性，从而保证整机产品的质量和使用性能.目前厚度一微位移测量一般都采用接触式测微仪11].就厚度一微位移测量而言，传统的线下、静态测量技术已满足不了现代加工中主动测量的要求，也不能及时控制生产过程，因而在生产中经常出现因不能及时测量零件尺寸、控制流程而造成废品的情况，影响了产品质量，进而影响企业的经济效益.所以在现代化的生产企业中，如何能缩减检测所需的时间和人员，变被动、非自动测量为主动、自动测量，使整个测量过程简单而精确，是每一个企业所追求的，也是本领域内技术人员所面临的主要问题.

　　2三角测量法基本原理

　　三角测量法可以分为斜射法和直射法两种12].斜射法是人射光束与被测表面法线成一锐角，而直射法是人射光束垂直于被测表面.这两种方法各有优缺点:斜射法的测量准确度高于直射法，因而在要求较高准确度的测量时应首先考虑斜射法;直射法光斑较小，光强集中，不会因被测面不垂直而扩大光照面上的亮斑，因而对于表面较粗糙、处于振动中的被测对象，干扰误差小.

　　斜射三角法的测量原理如图1，激光器发出的一激光束，经会聚镜后，人射到被测物体表面，由于反射一般为漫反射，经被测表面后的散射光呈一小光斑，该光斑经成像镜后成像在光电位置传感器PSD伊ositionsentitlveL兄t。=tor)的光敏面上，再经过PSD的光电转换得到电信号，由透镜成像公式可以推算出成像光点的位置与厚度的变化关系式，通过对电信号的分析、计算，最终实现厚度一位移变化量的测量.

　　激光以人射角:人射到被测物体表面A点，由成像透镜把A点成像在PSD上O处，若物体厚度变化为占，则人射光射到表面A‘点，并成像于PSD上的O‘点，O‘点偏离O点的位移为X，则由相似三角形的关系可以推出

　　满足比例关系

　　由此可见，被测物体的厚度变化量咨与光点在PSD上的偏移量X成正比;若物体起始厚度为D。则被测物体的厚度为

　　式中:D。为参考物体的厚度(参考厚度);占为被测物体厚度变化量;X为光接受屏(PSD面上)光点位移量;AB为基准点物距;OB为基准点像距;D为被测物体厚度;:为人射光人射角.

　　当光学系统和接收装置固定后，AB，OB为定值，令成像透镜放大倍数则有式(3)变为

　　式(4)变为

　　X是位置传感器PSD上两次成像所对应象点之间的距离，也即是两点间的尺寸，这样就建立了PSD像面上象点位移与被测厚度一位移的关系，因而可以用PSD直接测得被测厚度的变化.为了计算方便，人射光一般采用“=45“人射.